《隧道工程 第3版》 陳秋南 習(xí)題及解答

參考答案第一章思考題1.隧道的概念是什么？隧道工程的含義是什么？隧道的概念：是一種修建在地下，兩端有出入口，供車輛、行人、水流及管線等通行的工程建筑物。OECD（世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織）隧道會(huì)議將隧道定義為：以任何方式修建，最終使用于地表以下的條形建筑物，其空洞內(nèi)部?jī)艨諗嗝嬖?m2以上者均為隧道。隧道工程的含義：一方面是指從事研究和建造各種隧道及地下工程的規(guī)劃、勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)的一門應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)，是土木工程的一個(gè)分支；另一方面是指在巖體或土層中修建的通道和各種類型的地下建筑物。2.隧道的分類及其作用。查閱相關(guān)資料，試從修建隧道與環(huán)保要求方面分析隧道工程的利弊。一、隧道一般可分為以下幾類：（1）交通隧道：作用是提供運(yùn)輸?shù)目椎?。?）市政隧道：在城市中為規(guī)劃安置各種不同市政設(shè)施而在地面以下修建的各種地下孔道稱為市政隧道。（3）水工隧道：它是水利樞紐的一個(gè)重要組成部分。（4）礦山隧道（巷道）：在礦山開采中，從山體以外修建一些隧道（巷道）通向礦床而進(jìn)行開采活動(dòng)，達(dá)到采礦作業(yè)的目的。二、環(huán)保要求方面的利弊：從環(huán)保來講，隧道工程對(duì)自然生態(tài)的影響，主要為廢渣和地下水；隧道建設(shè)對(duì)環(huán)境空氣的影響，主要為施工時(shí)揚(yáng)起的粉塵；隧道對(duì)聲環(huán)境的影響，主要表現(xiàn)在施工的噪聲污染和運(yùn)營(yíng)階段的噪聲污染。近年來,隧道的便捷性極大促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但環(huán)境保護(hù)問題也應(yīng)引起足夠的重視。3.淺談隧道工程現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。工程現(xiàn)狀：新奧法施工理念的提出和應(yīng)用，以可靠度理論為基礎(chǔ)的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法引入隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算，使得隧道設(shè)計(jì)施工理念不斷得到補(bǔ)充和完善。實(shí)踐表明，我國(guó)已經(jīng)能夠在各種不良地質(zhì)條件下修建隧道。在城市隧道建設(shè)中，普遍開始使用機(jī)械盾構(gòu)法施工。發(fā)展趨勢(shì)：未來不僅要完善超前探測(cè)儀器的性能，而且要進(jìn)一步提高預(yù)報(bào)地質(zhì)條件的判斷水平。同時(shí)未來要加大對(duì)隧道環(huán)境和地質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)的量測(cè)及實(shí)驗(yàn)，以找出符合實(shí)際的計(jì)算模型和理論；施工方面，要進(jìn)一步提高開挖技術(shù)和支護(hù)方法，配備完善的施工機(jī)械。最終提高到無人進(jìn)洞施工，洞外遙感的高度安全化，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量高、速度快、浪費(fèi)少、造價(jià)低的目的。4.簡(jiǎn)要說明近年來我國(guó)在隧道工程方面的突出成就。我國(guó)在隧道工程方面，成就突出，創(chuàng)新了多種理念和技術(shù)，主要有：①高地應(yīng)力硬巖隧道建設(shè)技術(shù)；②高地應(yīng)力軟巖隧道建設(shè)技術(shù)；③高寒高海拔特長(zhǎng)公路隧道建設(shè)技術(shù)；④高地溫隧道建設(shè)技術(shù)；⑤超大斷面山嶺隧道建設(shè)技術(shù)；⑥復(fù)雜環(huán)境沉管隧道建設(shè)技術(shù)；⑦超大直徑盾構(gòu)隧道建設(shè)技術(shù)；⑧馬蹄形盾構(gòu)隧道建設(shè)技術(shù)；⑨穿越敏感環(huán)境隧道建設(shè)技術(shù)。5.談?wù)劇半p碳背景下”如何減少隧道工程對(duì)城市建設(shè)的影響。（1）隧道施工廢水對(duì)地下水、生態(tài)環(huán)境的影響一般來說施工產(chǎn)生的廢水已被油脂污染，而且又被混凝土或噴射混凝土所產(chǎn)生的堿性污染物污染，所以常常是強(qiáng)堿性的。這些廢水會(huì)污染附近的河流，進(jìn)而污染飲用水。治理的方法是將廢水收集，送到污水處理池，經(jīng)過反復(fù)沉淀、除油，必要時(shí)進(jìn)行消毒處理，直至對(duì)人類及環(huán)境無害，并達(dá)到再利用的目的。（2）棄碴的環(huán)境問題在棄碴過程中，環(huán)保意識(shí)較差，往往會(huì)出現(xiàn)亂倒、亂棄廢碴的問題。治理的方法是設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)地形、地貌合理規(guī)劃棄碴場(chǎng)，提出相應(yīng)的防止水土流失、覆蓋土綠化、擋墻等技術(shù)措施；合理利用科技手段、技術(shù)力量對(duì)隧道開采物實(shí)行動(dòng)態(tài)管理；同時(shí)對(duì)棄渣可做填土等合理利用。（3）隧道施工時(shí)煙塵、有害氣體以及噪音的影響隧道內(nèi)大型機(jī)械如裝載機(jī)、挖掘機(jī)、自卸汽車、鑿巖臺(tái)車、發(fā)電機(jī)等排放的有害物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生巨大噪音。治理的方法是增加施工機(jī)械通風(fēng)量；水幕降塵把水霧化成濕水滴噴射到空氣中，使之與空氣中的粉塵碰撞；增加排氣凈化器等；對(duì)隧道施工噪音的對(duì)策是在洞口等設(shè)置隔音門；定期保養(yǎng)維護(hù)機(jī)械，以減少因機(jī)械故障等原因產(chǎn)生的附加噪聲與震動(dòng)。

6.思考沉管隧道工程設(shè)計(jì)、施工的重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及港珠澳大橋?qū)浉郯拇鬄硡^(qū)交通、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用。（1）沉管隧道施工方法：施工時(shí)先在隧址以外建造臨時(shí)干塢，在干塢內(nèi)制作鋼筋混凝土的隧道管段，兩端用臨時(shí)封墻封閉起來。制成后向臨時(shí)干塢內(nèi)注水，使管段逐節(jié)浮出水面，并用拖輪托運(yùn)到指定位置。這時(shí)于設(shè)計(jì)隧位處，已預(yù)先挖好一個(gè)水底溝槽。待管段定位就緒后，向管段里注水壓載，使之下沉至指定的位置，然后把這些沉設(shè)完畢的管段在水下連接。最后進(jìn)行基礎(chǔ)處理，經(jīng)覆土回填后，便建成了沉管隧道。（2）設(shè)計(jì)、施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)：沉管結(jié)構(gòu)計(jì)算和配筋；沉管的防水措施；變形縫與管段接頭設(shè)計(jì)；沉管基礎(chǔ)處理。（3）對(duì)交通、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用：大橋加速粵港澳大灣區(qū)經(jīng)濟(jì)一體化，推進(jìn)粵港澳大灣區(qū)航道、港口和道路的統(tǒng)一規(guī)劃，城市之間經(jīng)濟(jì)、制度、信息等資源的共享；一橋飛跨珠江口，連接香港、澳門、珠海，打造港珠澳3小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈；大橋增強(qiáng)粵港澳大灣區(qū)的區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)力。7.思考川藏鐵路建設(shè)的意義及建設(shè)過程中面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。一、川藏鐵路建設(shè)的意義：建設(shè)川藏鐵路，不僅有利于保障國(guó)防安全，維護(hù)國(guó)家統(tǒng)一，而且有利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展又有利于藏族青年大規(guī)模融入現(xiàn)代社會(huì)，成為帶動(dòng)藏區(qū)傳統(tǒng)社會(huì)轉(zhuǎn)型的主力軍；同時(shí)有利于少數(shù)民族與漢族廣泛接觸和深入交流的旅游、休閑、文化等產(chǎn)業(yè)，不但能夠使藏族群眾共享發(fā)展成果，而且有利于民族融合，加快社會(huì)進(jìn)步。二、面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇：由于沿線地貌陡峻，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，中強(qiáng)地震頻發(fā)，地質(zhì)環(huán)境極其復(fù)雜，活動(dòng)斷裂帶、高地應(yīng)力、地?zé)岷蛢鐾恋炔涣嫉刭|(zhì)極為發(fā)育，川藏鐵路在建設(shè)與安全運(yùn)營(yíng)過程中將面臨多種工程地質(zhì)問題，主要包括淺表層崩塌、滑坡、泥石流、凍土邊坡破壞、冰湖潰決以及深埋隧道高地溫、凍害、突水突泥、塌方冒頂、軟巖大變形、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害，為鐵路工程設(shè)計(jì)和建設(shè)的世界級(jí)難題。第二章思考題1.如何確定公路隧道的位置或如何進(jìn)行公路隧道選址?公路隧道位置的選擇，包括洞身和洞口位置兩項(xiàng)，主要考慮地形、地質(zhì)的影響，首先排除顯著不良地質(zhì)段，按地形條件擬定隧道及接線方案，再進(jìn)行深入的地質(zhì)調(diào)查，綜合各方面因素，選定隧道位置。隧道位置選擇，應(yīng)遵循以下原則：（1）在地形、地貌、地質(zhì)、氣象、社會(huì)人文和環(huán)境等調(diào)查基礎(chǔ)上，綜合比選隧道各軸線方案的走向、平縱線形、洞口位置等，提出推薦方案。地質(zhì)條件很差時(shí)，特長(zhǎng)隧道的位置應(yīng)控制路線走向，以避開不良地質(zhì)地段。長(zhǎng)隧道位置也應(yīng)盡可能避開不良地質(zhì)地段，并與路線走向綜合考慮；中、短隧道可服從路線走向。（2）根據(jù)公路等級(jí)和設(shè)計(jì)速度確定車道數(shù)和建筑限界。在滿足隧道功能和結(jié)構(gòu)受力良好的前提下，確定經(jīng)濟(jì)合理的斷面內(nèi)輪廓。隧道內(nèi)外平、縱線形應(yīng)協(xié)調(diào)，滿足行車的安全、舒適要求。（3）根據(jù)隧道長(zhǎng)度、交通量及其構(gòu)成、交通方向以及環(huán)保要求等，選擇合理的通風(fēng)方式，確定通風(fēng)、照明、交通監(jiān)控等機(jī)電設(shè)施的設(shè)置規(guī)模。必要時(shí)特長(zhǎng)隧道應(yīng)做防災(zāi)專項(xiàng)設(shè)計(jì)。（4）應(yīng)結(jié)合公路等級(jí)、隧道長(zhǎng)度、施工方法、工期和營(yíng)運(yùn)要求，對(duì)隧道內(nèi)外防排水系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)、輔助通道、棄渣處理、管理設(shè)施、交通工程設(shè)施、環(huán)境保護(hù)等作綜合考慮。（5）當(dāng)隧道與相鄰建筑物互有影響時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)與施工中采取必要的措施。2.公路隧道洞口位置選擇的一般原則與基本要求是什么？一、洞口位置選擇的一般原則：應(yīng)綜合考慮洞口地形、地質(zhì)條件、有關(guān)工程及施工條件、營(yíng)運(yùn)要求和周圍環(huán)境保護(hù)，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素比較確定，也不能僅考慮經(jīng)濟(jì)問題。同時(shí)，對(duì)洞口邊坡和仰坡的穩(wěn)定性應(yīng)著重考慮，總結(jié)出“早進(jìn)晚出”的原則。二、基本要求：（1）隧道洞口的邊坡及仰坡必須保證穩(wěn)定。（2）洞口位置應(yīng)設(shè)在山坡穩(wěn)定、地質(zhì)條件較好、地下水不太豐富及排水有利處。（3）洞口位于懸崖陡壁下時(shí)，不宜切削原山坡，避免擾動(dòng)坡面和破壞地表植被及暴露風(fēng)化破碎巖層。（4）跨溝或沿溝進(jìn)洞時(shí)，應(yīng)考慮水文情況，結(jié)合防排水工程，洞口不宜設(shè)在溝谷低洼匯水處。（5）應(yīng)使隧道軸線與地形等高線正交，使洞口結(jié)構(gòu)物受力條件好，避免斜交進(jìn)洞時(shí)存在偏壓作用。（6）當(dāng)洞口地形平緩時(shí)，一般也應(yīng)早進(jìn)洞晚出洞。（7）洞口位置確定以后，還要考慮施工場(chǎng)地的布置。（8）洞口附近有地面建筑及地下埋設(shè)物時(shí)，考慮提前進(jìn)洞，盡可能減少附近地面建筑物、地下埋設(shè)物與隧道的相互影響，必要時(shí)采取防范措施。（9）河水漫坡地段的洞口位置，應(yīng)結(jié)合洞外路塹地質(zhì)、棄渣、排水及施工等因素綜合分析確定，避免洪水侵入隧道。3.公路隧道凈空、建筑限界及襯砌內(nèi)、外輪廓線的含義是什么?隧道凈空：是指隧道襯砌內(nèi)輪廓線所包圍的空間，包括隧道建筑限界、通風(fēng)、照明及其他所需面積。隧道建筑限界：保證隧道內(nèi)各種交通的正常運(yùn)行與安全，而規(guī)定在一定寬度和高度范圍內(nèi)不得有任何障礙物的空間范圍。襯砌內(nèi)輪廓線:它是指襯砌在隧道凈空內(nèi)的完成線，在內(nèi)輪廓線之間的空間即為隧道的凈空斷面。襯砌外輪廓線：為保持隧道凈空斷面的形狀，襯砌必須有足夠厚度（或稱襯砌最小厚度）的外緣線，該線也稱為最小開挖線。4.單行隧道與雙行隧道如何設(shè)置?雙行隧道的間距如何選取?設(shè)置單行還是雙行隧道，主要取決于公路運(yùn)營(yíng)的交通量、公路等級(jí)以及地質(zhì)條件；由于地質(zhì)條件的關(guān)系，隧道寬度過大則不經(jīng)濟(jì)，施工也增加難度，所以開挖面積通常在100m2以下。高速公路和一級(jí)公路一般設(shè)計(jì)為上、下分離的兩座獨(dú)立的雙行隧道。對(duì)于雙行隧道，其最小間距取決于圍巖類別、斷面尺寸、施工方法和爆破振動(dòng)等因素。分離式獨(dú)立雙洞的最小凈距如下：圍巖級(jí)別ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ最小凈距/m1.0B1.5B2.0B2.5B3.5B4.0B注：B為隧道開挖斷面的寬度。5.公路隧道行車道兩側(cè)設(shè)置路緣帶與余寬的目的與要求是什么?路緣帶目的：保證駕駛員視線，增加行車安全；為行車道提供一部分必須的側(cè)向凈空，保證行車道的充分使用。要求：高速公路和一級(jí)公路左側(cè)應(yīng)設(shè)置0.5m寬的路緣；當(dāng)設(shè)置有左側(cè)路肩時(shí)，也應(yīng)設(shè)置0.5m左側(cè)路緣帶。余寬目的：為了消除或減弱隧道邊墻給駕駛員帶來與之沖撞的心理效應(yīng)，保證一定車速下安全通行。要求：高速公路和一級(jí)公路設(shè)計(jì)速度為120km/h時(shí)，余寬為0.5m，其他條件下為0.25m。6.隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)文件的內(nèi)容和組成是什么?勘察文件的內(nèi)容有：①沿線隧道概況及自然概況；②地形、地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況；③氣象、環(huán)境和有關(guān)政策法令；④隧道線路方案比較說明，采用方案的理由，隧道方案的比選情況和在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)；⑤詳細(xì)介紹現(xiàn)有的施工條件，包括施工場(chǎng)地情況、工程動(dòng)力設(shè)備、電力通信、給排水道、施工便道、棄渣場(chǎng)、水源、建筑材料來源及對(duì)附近建筑物或環(huán)境的影響關(guān)系等；⑥對(duì)隧道營(yíng)運(yùn)階段通風(fēng)、照明和防排水方式的選擇建議；⑦存在的問題及解決問題辦法的建議，有關(guān)協(xié)議和會(huì)議紀(jì)要等。設(shè)計(jì)文件的內(nèi)容有：①隧道設(shè)計(jì)說明書；②隧道表及其工程數(shù)量表；③隧道平面、縱斷面圖和隧道地質(zhì)平面布置圖；④隧道上下行線縱斷面圖；⑤公路隧道凈空橫斷面（橫洞）圖；⑥隧道上下行線洞口、洞門出口一般構(gòu)造圖；⑦隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖；⑧隧道防排水構(gòu)造圖；⑨隧道風(fēng)機(jī)平面布置與進(jìn)出口轉(zhuǎn)向車道平面布置圖；⑩隧道洞口、橫洞及洞身照明平面布置圖；?隧道電器負(fù)荷及材料表；洞內(nèi)消防設(shè)施平面布置圖以及消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖；?明洞縱、橫斷面設(shè)計(jì)圖和輔助坑道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖；?隧道附屬建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖；?交通監(jiān)控與交通管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖；?隧道工程設(shè)計(jì)概預(yù)算圖表資料；?有關(guān)協(xié)議和會(huì)議紀(jì)要等。7.查閱相關(guān)資料，試分析雀兒山隧道建設(shè)過程中所遇到的不良地質(zhì)情況，說明設(shè)計(jì)、施工是如何解決這些工程難題的。雀兒山隧道的修建，具有“海拔高、地應(yīng)力高、地震烈度高”及“氣溫低、含氧量低、氣壓低”等特點(diǎn)，隧道穿越4條大斷層，地質(zhì)條件極其復(fù)雜，易發(fā)生坍塌、涌水、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害。為解決這些困難，該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)和施工階段，應(yīng)用了以下新概念和新技術(shù)：（1）創(chuàng)新了高海拔寒區(qū)隧道選線方法以及抗防凍關(guān)鍵技術(shù)：提出了高海拔隧道基于氣象要素的選線設(shè)計(jì)理念，形成了“襯砌內(nèi)貼保溫層+洞口防雪透光棚”綜合抗防凍設(shè)計(jì)方法。（2）創(chuàng)新了高海拔“三低”環(huán)境下隧道作業(yè)人員健康保障體系：提出了基于海拔高度與人員勞動(dòng)強(qiáng)度的高海拔隧道施工供氧標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)了基于穿戴設(shè)備的人員機(jī)體健康實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。（3）創(chuàng)新了高海拔“三低”環(huán)境下隧道作業(yè)機(jī)械效能保持應(yīng)用方法：制定了適用于海拔5000米的隧道通風(fēng)計(jì)算新標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了“富氧+渦輪增壓”的雙控組合機(jī)械效能提升方法，提出了特長(zhǎng)大隧道分階段掘進(jìn)通風(fēng)方案。（4）創(chuàng)新了高海拔隧道建造的綠色發(fā)展理念：研發(fā)了天然溫泉循環(huán)的隧道洞內(nèi)外路面冰害自防系統(tǒng)，率先實(shí)踐隧道棄渣回收、隧區(qū)植被恢復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)綠色建造。第三章思考題1.隧道襯砌有哪些種類？各有什么特點(diǎn)？隧道襯砌可分為噴錨襯砌、整體式襯砌、復(fù)合式襯砌、裝配式襯砌、連拱式襯砌這幾類。（1）噴錨襯砌：噴射混凝土支護(hù)可以起到封閉巖面，防止風(fēng)化松動(dòng)，填充坑凹及裂隙，維護(hù)和提高圍巖的整體性，發(fā)揮圍巖自身的承載作用和調(diào)整圍巖應(yīng)力分布，防止應(yīng)力集中，控制圍巖變形，防止掉塊、坍塌的作用。（2）整體式襯砌：整體式襯砌是傳統(tǒng)襯砌結(jié)構(gòu)形式中，該方法不考慮圍巖的承載作用，主要通過襯砌的結(jié)構(gòu)剛度抵御地層的變形，承受圍巖的壓力。（3）復(fù)合式襯砌：復(fù)合式襯砌是由初期支護(hù)和二次襯砌及中間防水層組合而成的襯砌形式。其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防水和襯砌外觀均能滿足公路隧道使用的基本要求，適合多種地質(zhì)條件，技術(shù)較為成熟，是目前公路隧道最好的襯砌結(jié)構(gòu)形式。（4）裝配式襯砌：裝配式襯砌由工廠或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)先成批生產(chǎn)運(yùn)入坑道內(nèi)，用機(jī)械手將它們拼裝成一環(huán)接著一環(huán)的襯砌，不影響施工進(jìn)度。（5）連拱式襯砌：連拱隧道就是將兩隧道之間的巖體用混凝土取代，或者說是將兩隧道相鄰的邊墻連接成一個(gè)整體，形成雙洞拱墻相連的一種結(jié)構(gòu)形式。2.公路隧道常見的洞門形式有哪些？它們的適用條件是什么？以端墻式洞門為例，說明洞門設(shè)計(jì)要點(diǎn)。常見的洞門形式有環(huán)框式、端墻式、翼墻式、柱式、臺(tái)階式、削竹式、遮光棚式、緩沖式等。（1）環(huán)框式洞門：適用于洞口巖層堅(jiān)硬而穩(wěn)定(Ⅰ級(jí))圍巖，地形陡峻而又無排水要求。（2）端墻式洞門：適用于地形開闊、巖層穩(wěn)定的Ⅰ～Ⅲ級(jí)圍巖地區(qū)。（3）翼墻式洞門：適用于Ⅳ級(jí)及以下的圍巖，山體水平推力較大時(shí)，翼墻與端墻共同作用，以抵抗山體水平向推力，增加抗滑動(dòng)抗傾覆的能力。（4）柱式洞門：適用于當(dāng)?shù)匦屋^陡，地質(zhì)條件較差，仰坡有下滑的可能性，但受地形或地質(zhì)條件限制，不能設(shè)置翼墻時(shí)，可以在端墻中部設(shè)置兩個(gè)斷面較大的柱墩，以增加端墻的穩(wěn)定性。（5）臺(tái)階式洞門：適用于當(dāng)洞門處于傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門一側(cè)邊坡較高時(shí)，為減小仰坡高度及外露坡長(zhǎng)，可以將端墻一側(cè)頂部改為逐步升級(jí)的臺(tái)階形式，以適應(yīng)地形的特點(diǎn)。（6）削竹式洞門：適用于當(dāng)隧道洞口段有一節(jié)較長(zhǎng)的明洞襯砌時(shí)，由于洞門背后一定范圍內(nèi)是以回填土為主，山體的推滑力不大。（7）遮光棚式洞門：適用于當(dāng)洞外需要設(shè)置遮光棚時(shí)，其入口通常外伸很遠(yuǎn)。（8）緩沖洞門：適用于高速鐵路隧道，為減緩高速列車的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，一般設(shè)洞口緩沖段，同時(shí)兼做隧道洞門。端墻式洞門設(shè)計(jì)要點(diǎn)：為了保護(hù)巖土體的穩(wěn)定性和使車輛不受崩塌、落石等威脅，確保行車安全，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇恰當(dāng)合理的洞門形式。洞門可以攔截、匯集地表水，并沿排水渠道排離洞門進(jìn)入道路兩側(cè)的排水溝，防止地表水沿洞門漫流。洞門上方女兒墻應(yīng)有一定高度。端墻的構(gòu)造一般是采用等厚的直墻，直墻圬工體積比其他形式都小，而且施工方便。墻身微向后傾斜，斜度約為1:0.1。3.什么是明洞？它有哪幾種類型？各自適合哪種場(chǎng)合？明洞是指采用明挖法修建的隧道。結(jié)構(gòu)類型可分為拱式明洞、箱形明洞和棚洞三類。（1）拱式明洞適用作洞口接長(zhǎng)襯砌的明洞，多選用拱式明洞。拱式明洞結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可以抵抗較大的推力，其適用的范圍較廣。（2）棚式明洞適用在當(dāng)路線外側(cè)地形狹窄或外側(cè)基巖埋藏較深，設(shè)置穩(wěn)固的基礎(chǔ)工程大時(shí)，或者是當(dāng)山坡的塌方、落石數(shù)量較少，山體側(cè)向壓力不大，或因受地質(zhì)、地形限制，難以修建拱式明洞時(shí)。（3）箱形明洞適用在明洞凈高、建筑高度受到限制、地基軟弱的地方。4.明洞基礎(chǔ)和洞頂填土有什么要求？一、明洞基礎(chǔ)要求：明洞襯砌基礎(chǔ)和隧道襯砌基礎(chǔ)一樣，應(yīng)置于穩(wěn)固的地基上。為防止側(cè)溝及鋪底施工開挖時(shí)影響邊墻地基穩(wěn)定，明洞基礎(chǔ)底標(biāo)高不宜高于隧道側(cè)溝溝底標(biāo)高或路面基層標(biāo)高。當(dāng)基巖埋深較淺時(shí)，基礎(chǔ)可設(shè)置于基巖上；當(dāng)基礎(chǔ)位于軟弱地基上時(shí)，可采用仰拱、整體式鋼筋混凝土底板，也可采用樁基、擴(kuò)大基礎(chǔ)、基礎(chǔ)加深和地基加固處理等措施。二、洞頂填土要求：明洞拱背回填應(yīng)在外模拆除、防水層和排水盲管施工完成后進(jìn)行。人工回填時(shí)，拱圈混凝土強(qiáng)度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%。機(jī)械回填時(shí)，拱圈混凝土強(qiáng)度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度；明洞兩側(cè)回填水平寬度小于1.2m的范圍應(yīng)采用漿砌片石或同級(jí)混凝土回填；回填料不宜采用膨脹巖土；明洞土石回填應(yīng)對(duì)稱分層夯實(shí)，分層厚度不宜大于0.3m，兩側(cè)回填高差不應(yīng)大于0.5m，回填到拱頂以上1.0m后，方可采用機(jī)械碾壓。回填土壓實(shí)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定；單側(cè)設(shè)有反壓墻的明洞回填應(yīng)在反壓墻施工完成后進(jìn)行；回填時(shí)不得傾填作業(yè)；明洞回填時(shí)，應(yīng)采取防止損傷防水層的措施；洞門頂排水溝砌筑在填土上時(shí)，應(yīng)在夯實(shí)后砌筑。5.隧道內(nèi)通風(fēng)有哪幾種形式？各有什么特點(diǎn)？隧道內(nèi)通風(fēng)形式有自然通風(fēng)、縱向式通風(fēng)、全橫向式通風(fēng)、半橫向式通風(fēng)等。（1）自然通風(fēng)：利用洞內(nèi)的自然風(fēng)（由洞口間的溫度差、大氣壓力差引起）和列車運(yùn)行引起的活塞風(fēng)以達(dá)到通風(fēng)的目的，簡(jiǎn)單，節(jié)能。（2）縱向式通風(fēng)：認(rèn)為隧道內(nèi)沿縱向流動(dòng)的氣流從入口至出口都是勻速的。這種通風(fēng)方式使得空氣的污染物含量由入口向出口方向成直線增加。（3）全橫向式通風(fēng)：壓入通風(fēng)渠設(shè)有系列的出風(fēng)口，把新鮮空氣在均勻的間隔上吹到隧道中去，隧道內(nèi)的污濁空氣則從吸出風(fēng)渠的系列進(jìn)風(fēng)口吸出洞外，隧道內(nèi)基本上不產(chǎn)生沿縱向流動(dòng)的風(fēng)，只有橫方向的風(fēng)流動(dòng)。（4）半橫向式通風(fēng)：可使污染物含量大體上接近一致，新鮮空氣經(jīng)送風(fēng)管吹向汽車的排氣孔高度附近，直接稀釋汽車排放的廢氣。污染空氣在隧道上部擴(kuò)散，經(jīng)過兩端洞口排出洞外。6.隧道照明區(qū)段如何劃分？隧道的照明區(qū)段劃分：沿縱向可以分為洞口接近段、入口段、過渡段、中間段、出口段以及洞口接近段五個(gè)區(qū)段。7.隧道防排水的原則是什么？隧道防排水設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，采取切實(shí)可靠的設(shè)計(jì)、施工措施，達(dá)到防水可靠、排水暢通、經(jīng)濟(jì)合理的目的。8.秦嶺終南山公路隧道附屬建筑設(shè)施的設(shè)置有那些創(chuàng)新。終南山隧道附屬建筑設(shè)施的設(shè)置上的創(chuàng)新，體現(xiàn)在通風(fēng)建筑物設(shè)置、照明設(shè)施設(shè)置兩個(gè)方面。（1）運(yùn)營(yíng)通風(fēng)建筑物方面：秦嶺終南山特長(zhǎng)高速公路隧道首次采用了三豎井分段縱向式運(yùn)營(yíng)通風(fēng)模式；縱向通風(fēng)分區(qū)長(zhǎng)度突破至4～5公里；成功解決了井底送風(fēng)分流、排風(fēng)合流、送風(fēng)口噴嘴、機(jī)房環(huán)控及防災(zāi)等系列技術(shù)難題。三豎井分段縱向式運(yùn)營(yíng)通風(fēng)模式是隧道3個(gè)豎井把隧道分為4段，從西安到安康方向,通風(fēng)區(qū)段長(zhǎng)度分別為:3781m、4461m、4948m、4830m。豎井高度分別為191m、664m、392m，井徑分別為10.8m、11.2m、11.5m。（2）運(yùn)營(yíng)照明設(shè)施方面：首次在世界高速公路隧道中設(shè)置特殊燈光帶，在18公里的隧道沿線每間隔4.5公里設(shè)置了特殊燈光帶，每座隧道設(shè)有3處特殊燈光帶，以提供不同的視覺場(chǎng)景，從感覺上將18公里的長(zhǎng)隧道分成了4個(gè)短隧道，從而調(diào)節(jié)駕駛?cè)说囊暳?，減少疲勞,這種具有人性化的燈光景觀設(shè)計(jì)在世界高速公路上為第一次設(shè)計(jì)。第四章思考題1.巖石的物理力學(xué)指標(biāo)有哪些?什么是巖石的流變性和蠕變性？巖石的物理力學(xué)指標(biāo)：巖石的重度、巖石的空隙性、巖石的吸水性、巖石的軟化性、單軸抗壓強(qiáng)度、三軸壓縮強(qiáng)度。巖石的流變性：巖石在力的作用下發(fā)生與時(shí)間相關(guān)的變形性質(zhì)，包括蠕變、松弛和彈性后效。巖石的蠕變性：巖石在應(yīng)力恒定的情況下變形隨時(shí)間發(fā)展的現(xiàn)象。2.決定隧道圍巖穩(wěn)定性的因素有哪些?如何認(rèn)識(shí)這些因素的影響？決定圍巖穩(wěn)定性的主要因素有：巖石的堅(jiān)硬程度、巖體的完整狀態(tài)、結(jié)構(gòu)面性質(zhì)、初始應(yīng)力狀態(tài)、地下水狀況等。在綜合各個(gè)因素的影響下，先得出BQ初步分級(jí)，再根據(jù)修正參數(shù)計(jì)算[BQ]，從而得出圍巖級(jí)別，進(jìn)而判斷圍巖的物理力學(xué)參數(shù)及自穩(wěn)能力。3.形變壓力、松動(dòng)壓力各在何種場(chǎng)合下應(yīng)用?簡(jiǎn)述圍巖松動(dòng)壓力的松動(dòng)過程。如何利用太沙基理論確定公路隧道圍巖壓力?松動(dòng)壓力一般應(yīng)用于Ⅴ級(jí)及Ⅵ級(jí)圍巖產(chǎn)生的圍巖壓力，當(dāng)Ⅳ級(jí)圍巖巖體結(jié)構(gòu)面膠結(jié)不好時(shí)，也可能產(chǎn)生松動(dòng)壓力。形變壓力一般應(yīng)用于Ⅳ級(jí)以下圍巖，是圍巖變形對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的接觸壓力。松動(dòng)壓力形成過程：由于拉裂塌落、塊體滑移及重力坍塌，巖石在有限范圍內(nèi)脫落，在自重作用下，施加在支護(hù)襯砌上的壓力。太沙基理論確定圍巖壓力：太沙基將巖土體視為松散體，認(rèn)為支護(hù)受到上覆地壓作用時(shí)，巖石破裂面可以近似為鉛直的平面，滑移面從隧道底面以45-j/2的角度傾斜，根據(jù)微元體平衡，通過應(yīng)力傳遞原理，推導(dǎo)出隧道圍巖壓力。4.某隧道深埋段穿越IV級(jí)圍巖，其開挖尺寸為：凈寬7.4m,凈高8.8m,圍巖的天然重度γ=21.0kN/m3,試確定圍巖的松動(dòng)壓力值?坍落拱高度h=0.45×2S-1×[1+i（B-5）]=0.45×24-1×[1+0.1×（7.4-5）]=4.46m，垂直均布?jí)毫=γh=21.0×4.46=93.74kPa，水平均布?jí)毫=（0.15~0.3）q=14.06~28.12kPa。5.為什么要進(jìn)行圍巖分級(jí)?怎樣進(jìn)行圍巖分級(jí)?圍巖分級(jí)的原因：圍巖分級(jí)是正確進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)，可用于計(jì)算結(jié)構(gòu)荷載、得出圍巖壓力、明確襯砌結(jié)構(gòu)的類型及尺寸、制定勞動(dòng)定額和材料消耗標(biāo)準(zhǔn)等，也有利于科學(xué)管理項(xiàng)目進(jìn)程、正確評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益。圍巖分級(jí)的方法：采用兩步分級(jí)綜合評(píng)判；首先，根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度和巖體完整程度，計(jì)算圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ，進(jìn)行初步分級(jí)。然后，在巖體基本質(zhì)量分級(jí)基礎(chǔ)上，考慮修正因素的影響（如地下水、軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、初始應(yīng)力狀態(tài)等），按修正后的圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)[BQ]，結(jié)合巖體的定性特征綜合評(píng)判，確定圍巖的詳細(xì)分級(jí)。第五章思考題1.簡(jiǎn)述隧道支護(hù)體系的形成過程及其對(duì)應(yīng)的力學(xué)狀態(tài)。隧道支護(hù)體系的形成過程是通過一定的施工過程或者說是一定的力學(xué)過程來實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)過程大體上可做如下表述：原始圍巖開挖形成毛洞，支護(hù)后形成支護(hù)體系，一段時(shí)間后形成穩(wěn)定隧道。相應(yīng)的力學(xué)狀態(tài)可表述為：初始應(yīng)力開挖后形成二次應(yīng)力，支護(hù)后形成三次應(yīng)力，一段時(shí)間后形成四次應(yīng)力。2.隧道工程的受力有哪些特點(diǎn)?隧道的計(jì)算模型有哪些?隧道工程的受力特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：（1）隧道工程是在自然狀態(tài)下的巖土地質(zhì)中開挖的，隧道周邊圍巖的地質(zhì)環(huán)境對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算起著決定性作用。（2）隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)周圍的圍巖不僅對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生荷載，而且它本身是一種承載體，隧道開挖后的圍巖壓力是由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同來承載的。（3）作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載受到施工方法和施工時(shí)間的影響。（4）與地面結(jié)構(gòu)不同，隧道工程支護(hù)結(jié)構(gòu)安全與否，既要考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)能否承載，又要考慮圍巖是否失穩(wěn)。按襯砌與地層相互作用方式的不同，計(jì)算模型主要有荷載-結(jié)構(gòu)模型和地層-結(jié)構(gòu)模型兩種。3.什么是支護(hù)和圍巖特性曲線?它的主要作用是什么?支護(hù)特性曲線：在已知支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度后，根據(jù)算式即可畫出支護(hù)結(jié)構(gòu)提供約束的能力和它的徑向位移us/r0的關(guān)系曲線。支護(hù)結(jié)構(gòu)所能提供的支護(hù)阻力是隨支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度而增大，所以，這條曲線又稱為“支護(hù)補(bǔ)給曲線”，或稱為“支護(hù)特性曲線”。圍巖特性曲線：為了進(jìn)一步理解圍巖與支護(hù)的共同作用，將圍巖位移曲線與支護(hù)特性曲線放在同一坐標(biāo)系統(tǒng)上來考察，由此得到的曲線圖稱為支護(hù)特性曲線與圍巖特性曲線關(guān)系。表明了圍巖在洞室周邊所需要提供的支護(hù)阻力及其周邊位移關(guān)系。4.隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算考慮的主要荷載有哪些?隧道結(jié)構(gòu)所承受的荷載，根據(jù)其作用特點(diǎn)及使用中可能出現(xiàn)的情況，可以分為永久荷載、可變荷載、偶然荷載三類。（1）永久荷載：是指長(zhǎng)期作用的荷載，主要包括圍巖壓力、土壓力、結(jié)構(gòu)自重、結(jié)構(gòu)附加恒載、混凝土收縮和徐變的影響力及水壓力。（2）可變荷載：在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)，其值隨時(shí)變化，且其變化與平均值相比，是不可忽略的荷載?？勺兒奢d又分為基本可變荷載和其他可變荷載。（3）偶然荷載：偶然荷載是指在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)，不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其值很大且持續(xù)時(shí)間較短的荷載，如落石沖擊力、地震力等。5.畫出半襯砌結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖、基本結(jié)構(gòu)并簡(jiǎn)述其內(nèi)力計(jì)算主要步驟。計(jì)算簡(jiǎn)圖b）基本結(jié)構(gòu)半襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的主要步驟：（1）分析半襯砌的實(shí)際工作狀態(tài)，確定計(jì)算簡(jiǎn)圖。（2）確定拱圈內(nèi)力計(jì)算的基本方程式，對(duì)于荷載和結(jié)構(gòu)對(duì)稱的情況，取一半分析。（3）計(jì)算拱腳位移。（4）計(jì)算拱圈的單位變位及荷載變位。6.在曲墻式襯砌內(nèi)力計(jì)算中，對(duì)抗力分布規(guī)律有哪些假定?試分析在該計(jì)算中通常不考慮仰拱對(duì)襯砌內(nèi)力影響的原因。對(duì)抗力分布規(guī)律按結(jié)構(gòu)變形特征作以下假定：（1）下零點(diǎn)ａ在墻腳。墻腳處摩擦力很大，無水平位移，故彈性抗力為零。（2）上零點(diǎn)ｂ（即脫離區(qū)與抗力區(qū)的分界點(diǎn)）與襯砌垂直對(duì)稱中線的夾角假定近似為45°。（3）最大抗力點(diǎn)ｈ個(gè)假定發(fā)生在最大跨度處附近，計(jì)算時(shí)一般取ah≈2/3×ab，為簡(jiǎn)化計(jì)算可假定在曲墻襯砌分段的接縫上。拱圈和曲邊墻作為一個(gè)整體按無鉸拱計(jì)算，施工時(shí)仰拱是在無鉸拱業(yè)已受力之后修建的，因此一般不考慮仰拱對(duì)襯砌內(nèi)力的影響。7.直墻式襯砌內(nèi)力計(jì)算中，對(duì)邊墻進(jìn)行分類的依據(jù)是什么？如何對(duì)邊墻進(jìn)行分類計(jì)算？墻頂（拱腳）變位與彈性地基梁（邊墻）的彈性特征值及換算長(zhǎng)度λ＝ahc有關(guān)，按λ可以分為三種情況：邊墻為短梁（１＜λ＜2.75）、邊墻為長(zhǎng)梁（λ≥2.75）、邊墻為剛性梁（λ≤１）。（1）邊墻為短梁時(shí)，短梁的一端受力及變形會(huì)對(duì)另一端產(chǎn)生影響，所以計(jì)算墻頂變位時(shí)，要考慮墻腳的受力和變形影響。（2）邊墻為長(zhǎng)梁時(shí)，此時(shí)邊墻具有柔性，可以認(rèn)為墻頂?shù)氖芰Γǔ怪敝猓┖妥冃螌?duì)墻底沒有影響。這種襯砌應(yīng)用于較好圍巖中，不考慮水平圍巖壓力作用。（3）邊墻為剛性梁，認(rèn)為邊墻本身不產(chǎn)生彈性變形，在外力作用下只產(chǎn)生剛體位移，即只產(chǎn)生整體下沉和轉(zhuǎn)動(dòng)。8.最小支護(hù)阻力的確定方法有哪些？最小支護(hù)阻力的確定方法有：①由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的塑性區(qū)半徑，求最小支護(hù)壓力；②根據(jù)隧道周邊的極限位移值，求最小支護(hù)壓力；③將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的形變壓力作為最小支護(hù)壓力；④根據(jù)圍巖的特征曲線求最小支護(hù)壓力。9.簡(jiǎn)述襯砌截面強(qiáng)度驗(yàn)算的內(nèi)容。強(qiáng)度驗(yàn)算的內(nèi)容有：①襯砌的任一截面均應(yīng)滿足強(qiáng)度安全系數(shù)要求；②隧道襯砌和明洞的基底應(yīng)力不應(yīng)大于地基允許承載力；③整體式襯砌的拱腳截面，當(dāng)混凝土為間歇式澆筑或拱圈為混凝土而邊墻用砌體時(shí)，其偏心距應(yīng)滿足砌體構(gòu)件的要求。10.洞門的計(jì)算原理及驗(yàn)算內(nèi)容。計(jì)算原理：隧道結(jié)構(gòu)除了要對(duì)洞身襯砌進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算外，隧道兩端的洞門也應(yīng)進(jìn)行檢算。作用在隧道洞門上的力主要是土壓力，因此洞門可視作擋土墻、洞門墻可視為擋土墻來驗(yàn)算其強(qiáng)度，并應(yīng)驗(yàn)算繞墻趾傾覆及沿基底滑動(dòng)的穩(wěn)定性，從而最后確定洞門墻結(jié)構(gòu)各部分尺寸；作用于洞門端墻及擋（翼）墻墻背的主動(dòng)土壓力按庫侖理論進(jìn)行計(jì)算。驗(yàn)算內(nèi)容:①抗傾覆計(jì)算；②抗滑動(dòng)計(jì)算；③基底合力偏心距計(jì)算；④基底壓應(yīng)力；⑤洞門墻身截面偏心及強(qiáng)度。11.試分析隧道開挖過程中應(yīng)采取那些有效措施避免或者減少初支結(jié)構(gòu)受損或破壞，確保工程施工安全。隧道開挖過程中，為確保工程安全，避免結(jié)構(gòu)破壞，可采取的措施有：①做好地質(zhì)勘測(cè)和地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，及時(shí)調(diào)整施工策略，避免造成大的擾動(dòng)；②在隧道圍巖完全不能自穩(wěn)，表現(xiàn)為隨挖隨塌，甚至不挖即塌時(shí)，先做好超前支護(hù)；③加強(qiáng)初期支護(hù)，開挖出工作面后，應(yīng)及時(shí)有效地完成噴錨支護(hù)或網(wǎng)錨噴聯(lián)合支護(hù)，并考慮采用早強(qiáng)噴射混凝土、早強(qiáng)錨桿和鋼支撐支護(hù)措施等。第六章思考題1.簡(jiǎn)述全斷面法、臺(tái)階法、分部開挖法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件？（1）全斷面法：適用于Ⅰ～Ⅲ級(jí)硬巖的石質(zhì)隧道。優(yōu)點(diǎn)：有較大的作業(yè)空間，有利于采用大型配套機(jī)械化作業(yè)，提高施工速度，且工序少，干擾少，便于施工組織與管理，采用深孔爆破時(shí)，可加快掘進(jìn)速度，且爆破對(duì)圍巖的振動(dòng)次數(shù)較少，有利于圍巖穩(wěn)定。缺點(diǎn)：開挖面較大，圍巖相對(duì)穩(wěn)定性降低，且每循環(huán)工作量相對(duì)較大，要求施工單位有較強(qiáng)的開挖、出渣與運(yùn)輸及支護(hù)能力，采用深孔爆破時(shí)，產(chǎn)生的爆破振動(dòng)較大，對(duì)鉆爆設(shè)計(jì)和控制爆破作業(yè)要求較高。（2）臺(tái)階法：適用于Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，是新奧法中適用性最廣的施工方法。優(yōu)點(diǎn)：具有足夠的作業(yè)空間和較快的施工速度，有利于開挖面的穩(wěn)定性，尤其上部開挖支護(hù)后，下部作業(yè)較為安全。缺點(diǎn)：上下部作業(yè)互相干擾，應(yīng)注意下部作業(yè)對(duì)上部穩(wěn)定性的影響，臺(tái)階開挖會(huì)增加對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)等，宜采用輕型鑿巖機(jī)打炮孔，不宜采用大型鑿巖臺(tái)車。（3）分部開挖法：適用于土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖地段，當(dāng)圍巖穩(wěn)定性較差、跨度較大、地表沉陷難以控制時(shí)，采用分部開挖效果較好。優(yōu)點(diǎn)：避免大跨度開挖的不利影響,對(duì)圍巖軟弱破碎或設(shè)計(jì)斷面較大的隧道，采用局部支護(hù)，能顯著增強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性。缺點(diǎn)：作業(yè)面較多,各工序相互干擾較大,對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)較多,施工組織和管理的難度較大，造價(jià)較高，進(jìn)度較慢。2.引起隧道塌方一般有哪些原因?可以采取哪些相關(guān)措施防止隧道塌方?對(duì)于已經(jīng)塌方的隧道，可以采取什么措施處理？一、引起塌方的原因：（1）不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件：1）隧道穿過斷層及其破碎帶，或在薄層巖體的小曲褶、錯(cuò)動(dòng)發(fā)育地段，一經(jīng)開挖，潛在應(yīng)力迅速釋放，圍巖失穩(wěn)，輕則引起圍巖掉塊、塌落，重則引起塌方。2）當(dāng)通過各種堆積體時(shí)，由于圍巖結(jié)構(gòu)松散，顆粒間無膠結(jié)或膠結(jié)差，開挖后引起坍塌。3）在軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育或泥質(zhì)充填物過多的地層中，均易產(chǎn)生較大的坍塌。4）隧道穿越地層覆蓋過薄地段，如在沿河傍山、偏壓地段，溝谷凹地淺埋和丘陵淺埋地段極易發(fā)生塌方。5）巖層軟硬相間或有軟弱夾層的巖體，在地下水的作用下，軟弱面的強(qiáng)度大為降低，因而發(fā)生滑塌。6）地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用加劇了巖體的失穩(wěn)和塌落。（2）隧道設(shè)計(jì)考慮不周：1）隧道選定位置時(shí)，地質(zhì)勘查不細(xì)，未能做詳細(xì)的分析，或未能查明可能塌方的因素。沒有繞開可以避開的不良地質(zhì)地段，使得隧道選址不合理。2）設(shè)計(jì)本身可能存在不合理的地方。（3）施工方法和措施不當(dāng):1）施工方法與地質(zhì)條件不相適應(yīng)；地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，沒有及時(shí)改變施工方法；工序間距安排不當(dāng)，致使支護(hù)應(yīng)該盡快閉合而沒有閉合。2）噴錨支護(hù)不及時(shí)，圍巖暴露時(shí)間過久。噴射混凝土的質(zhì)量、厚度不符合要求。3）按新奧法施工的隧道，沒有按規(guī)定進(jìn)行量測(cè)，或信息處理失誤，或反饋不及時(shí)，導(dǎo)致決策失誤，喪失了對(duì)圍巖的有效控制。4）沒有科學(xué)地進(jìn)行控制爆破，圍巖爆破用藥量過多，因而擾動(dòng)過度，引起坍塌。5）對(duì)危石檢查不重視、不及時(shí)，或處理危石措施不當(dāng)，引起巖層坍塌。二、防止塌方的措施：（1）選擇安全合理的施工方法：先排水→短開挖→弱爆破→強(qiáng)支護(hù)→快襯砌→勤檢查、勤量測(cè)。（2）加強(qiáng)塌方的預(yù)測(cè)：1）觀察法。觀察支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，檢查層理、節(jié)理裂隙是否變大，坑頂或坑壁有無松動(dòng)、掉塊，噴射混凝土是否發(fā)生脫落，以及地表是否下沉等。還可以對(duì)地質(zhì)情況或水文地質(zhì)情況進(jìn)行探察，對(duì)掘進(jìn)工作面應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)素描，對(duì)掘進(jìn)前方進(jìn)行超前預(yù)測(cè)。2）一般量測(cè)法。按時(shí)量測(cè)觀測(cè)點(diǎn)的位移、應(yīng)力，分析研究測(cè)得的數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不正常的受力與位移狀態(tài)，捕捉有可能引起塌方的細(xì)微情況。3）微地震學(xué)測(cè)量法和聲學(xué)測(cè)量法。微地震學(xué)測(cè)量法，是指使用按地震測(cè)量原理所制成的專用儀器來收集塌方信息；聲學(xué)測(cè)量法，指的是通過測(cè)量巖石的聲波分析確定巖石受力狀態(tài)來預(yù)測(cè)塌方。（3）加強(qiáng)初期支護(hù)：開挖出工作面后，應(yīng)及時(shí)完成噴錨支護(hù)或網(wǎng)錨噴聯(lián)合支護(hù)，并應(yīng)考慮采用早強(qiáng)噴射混凝土、早強(qiáng)錨桿和鋼支撐支護(hù)措施等。三、塌方的處理措施：（1）小塌方：首先加固塌體兩端洞身，并抓緊噴射混凝土，再進(jìn)行清渣。也可在塌渣上架設(shè)臨時(shí)支架，穩(wěn)定頂部，然后清渣。（2）大塌方：采取先護(hù)后挖的方法?？刹捎霉芘锓ê妥{固結(jié)法穩(wěn)固圍巖和渣體，待其基本穩(wěn)定后，按先上部后下部的順序清除渣體，并盡快完成模筑混凝土襯砌。（3）塌方冒頂：在清渣前應(yīng)先支護(hù)塌穴口，地層極差時(shí)，可在塌穴口附近地面布置地表錨桿對(duì)地層予以加固，洞內(nèi)塌體可采用管棚等方法穿越。（4）洞口塌方：采取明洞的方法進(jìn)洞。（5）防排水的處理措施：1）地表沉陷和裂縫，用黏土緊密夯實(shí)，周圍開挖截水溝，防止地表水滲入。2）塌方冒頂時(shí)，在陷穴口地表四周挖溝排水，并設(shè)雨棚遮蓋穴頂。3）塌體內(nèi)有地下水活動(dòng)時(shí)，應(yīng)用管槽引至排水溝排出，以防止水對(duì)塌體的繼續(xù)破壞。3.簡(jiǎn)述流砂的治理方法、巖爆和瓦斯的防止措施?一、流砂的治理方法：①加強(qiáng)調(diào)查，制定方案；②因地制宜，綜合治水；③先護(hù)后挖，加強(qiáng)支護(hù)；④盡早襯砌，封閉成環(huán)。二、巖爆的防止措施：有強(qiáng)化圍巖弱化圍巖兩種辦法。強(qiáng)化圍巖：噴射混凝土、噴鋼纖維混凝土、錨桿加固、噴錨支護(hù)、網(wǎng)錨噴聯(lián)合、鋼支撐網(wǎng)噴聯(lián)合等措施。弱化圍巖：往巖層中注水、解除圍巖中的高地應(yīng)力。三、瓦斯的防止措施：（1）隧道穿過瓦斯溢出地段，應(yīng)預(yù)先確定瓦斯探測(cè)方法，并制定瓦斯稀釋措施、防爆措施和緊急救援等措施。（2）在選擇瓦斯地區(qū)的施工方法時(shí)，要求各工序間距盡量短，盡快對(duì)瓦斯地段進(jìn)行襯砌封閉，并保證混凝土的密實(shí)性，以防瓦斯溢出。（3）加強(qiáng)通風(fēng)是防止瓦斯爆炸最有效的辦法。（4）洞內(nèi)空氣中允許的瓦斯含量應(yīng)控制在規(guī)定以內(nèi)。（5）如開挖進(jìn)入煤層，瓦斯排放量較大，使用一般的通風(fēng)手段難以稀釋到安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可使用超前周邊全封閉預(yù)注漿。（6）采用防爆設(shè)施。（7）嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)制度。4.隧道的超前支護(hù)有哪幾種?簡(jiǎn)述其原理?超前支護(hù)方法主要包括：超前錨桿法、管棚法，超前小導(dǎo)管法等方法。超前錨桿法：在隧道開挖之前，在開挖面的拱部一定范圍內(nèi)，沿隧道斷面的周邊，向地層內(nèi)打入一排縱向錨桿，通過錨桿對(duì)圍巖的加固作用，形成超前于工作面的圍巖加固棚,此棚的保護(hù)下進(jìn)行開挖。管棚法：當(dāng)隧道位于松軟地層中，或遇到塌方，需要從塌方體中穿過，或淺埋隧道，要求限制地表沉陷量，或在很差的地質(zhì)條件下進(jìn)洞時(shí)，均可采用管棚進(jìn)行預(yù)支護(hù)。超前小導(dǎo)管法：超前小導(dǎo)管注漿也是一種廣泛使用的輔助施工措施，它往往與鋼拱架一起設(shè)置。小導(dǎo)管注漿屬滲入性注漿，雖然鋼管本身的支護(hù)能力不如管棚，但其注漿加固地層的效果比管棚好。它適用于較干燥的砂土層、砂卵（礫）石層、斷層破碎帶、軟弱圍巖淺埋段。5.隧道的預(yù)加固一般采用哪幾種形式?簡(jiǎn)述其作用原理？隧道的預(yù)加固一般有預(yù)注漿加固地層和地表錨噴預(yù)加固兩種方式。預(yù)注漿加固地層：在開挖之前，先往地層中注漿以加固圍巖，使得開挖能夠安全穩(wěn)妥地進(jìn)行，分為超前鉆孔注漿加固和地表注漿加固兩種。地表錨噴預(yù)加固：對(duì)地表預(yù)加固，可以避免形成邊挖邊塌和不穩(wěn)定邊坡的局面，使得進(jìn)洞順利進(jìn)行，也可以為改變坡率創(chuàng)造條件，使得較高的邊坡降低開挖高度。分別有洞口邊仰坡表層預(yù)加固、洞門上方陡坎加固和仰坡加固、洞口淺埋段預(yù)加固三種措施。6.溶洞有哪幾種?隧道如何穿越溶洞地層？溶洞一般有死、活、干、濕、大、小幾種類型。處理溶洞常有“引、堵、越、繞”四種方法。（1）引：遇到地下暗河或溶洞有水流時(shí)，宜排不宜堵。應(yīng)在查明水源流向及其與隧道位置的關(guān)系后，用暗管、涵管或小橋等設(shè)施渲泄水流，或開鑿泄水洞將水排出洞外。（2）堵：對(duì)已停止發(fā)育、跨徑較小，無水的溶洞，可根據(jù)其與隧道相交的位置及其充填情況，采用混凝土、漿砌片石或干砌片石予以回填封閉；或加深邊墻基礎(chǔ)，加固隧道底部。（3）越：當(dāng)隧道一側(cè)遇到狹長(zhǎng)而較深的溶洞，可加深該側(cè)的邊墻基礎(chǔ)通過。隧道底部遇有較大溶洞并有流水時(shí)，可在隧道底部以下砌筑圬工承重墻，支承隧道結(jié)構(gòu)，跨越而過，在承重墻內(nèi)應(yīng)套設(shè)涵管引排溶洞水。（4）繞：在巖溶區(qū)施工，個(gè)別溶洞處理耗時(shí)且困難時(shí)，可采用迂回導(dǎo)坑繞過溶洞，繼續(xù)進(jìn)行隧道前方的施工，以節(jié)省時(shí)間，加快施工進(jìn)度。繞行開挖迂回導(dǎo)坑時(shí)，應(yīng)與溶洞保持一定的間距，以防止洞壁失穩(wěn)。7.簡(jiǎn)述光面爆破和預(yù)裂爆破的異同點(diǎn)？相同點(diǎn)：通過正確確定周邊眼的各爆破參數(shù)，使爆破后的圍巖斷面輪廓整齊，最大限度地減輕爆破對(duì)圍巖的振動(dòng)和破壞，盡可能維持圍巖原有完整性和穩(wěn)定性的爆破技術(shù)。異同點(diǎn)：預(yù)裂爆破實(shí)質(zhì)上是光面爆破的一種，其爆破原理與光面爆破相同，只是分區(qū)起爆順序不同。預(yù)裂爆破的分區(qū)起爆順序?yàn)椋褐苓呇邸筒垩邸o助眼→底板眼。光面爆破的分區(qū)起爆順序?yàn)椋禾筒垩邸o助眼→周邊眼→底板眼。8.錨桿有哪些作用?新奧法施工的原則是什么?錨桿對(duì)保持隧道圍巖穩(wěn)定、抑制圍巖變形發(fā)揮了很好的作用；利用錨桿的懸吊作用、組合拱作用、減跨作用、擠壓加固作用，將圍巖中的節(jié)理、裂隙串成一體，提高圍巖的整體性，改善圍巖的力學(xué)性能，從而發(fā)揮圍巖的自承能力；錨桿支護(hù)不僅對(duì)硬質(zhì)圍巖，而且對(duì)軟質(zhì)圍巖也能起到良好的支護(hù)效果。新奧法施工的基本原則為“少擾動(dòng)，早支護(hù)，勤量測(cè)，緊封閉”。少擾動(dòng)：是指在進(jìn)行隧道開挖時(shí)，要盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)、擾動(dòng)強(qiáng)度、擾動(dòng)范圍和擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間。早支護(hù)：是指開挖后及時(shí)施作初期噴錨支護(hù)，使圍巖的變形進(jìn)入受控制狀態(tài)。勤量測(cè)，是指以直觀、可靠的量測(cè)方法和量測(cè)數(shù)據(jù)來準(zhǔn)確評(píng)價(jià)圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，或判斷其動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，以便及時(shí)調(diào)整支護(hù)形式和開挖方法，確保施工得以安全和順利地進(jìn)行。緊封閉，是指要盡快形成對(duì)圍巖的封閉形支護(hù)，這樣做可以有效控制圍巖變形，使得支護(hù)和圍巖共同進(jìn)入良好的工作狀態(tài)。9.隧道中裝渣機(jī)械有哪些?簡(jiǎn)述各自的優(yōu)缺點(diǎn)及其使用范圍？裝渣機(jī)械的類型，按其扒渣機(jī)構(gòu)形式可分為鏟斗式、蟹爪式、立抓式、挖斗式。鏟斗式裝渣機(jī)為間歇性非連續(xù)裝渣機(jī)，有翻斗后卸、前卸和側(cè)卸三種卸渣方式。蟹爪式、立抓式、挖斗式裝渣機(jī)是連續(xù)裝渣機(jī)，均配備刮板（或鏈板）轉(zhuǎn)載后卸機(jī)構(gòu)。（1）翻斗式裝渣機(jī)：又稱鏟斗后卸式裝渣機(jī)，有風(fēng)動(dòng)和電動(dòng)之分，它是利用機(jī)體前方的鏟斗鏟起石渣，經(jīng)機(jī)體上方將石渣投入機(jī)后的運(yùn)輸車內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便、對(duì)洞內(nèi)無廢氣污染；缺點(diǎn)是裝載寬度一般只有1.7～2.2ｍ；適用于小斷面或規(guī)模較小的隧道中。（2）蟹爪式裝渣機(jī)：一種連續(xù)裝渣機(jī)械，在前端裝有傾斜受料盤，其上裝有一對(duì)蟹爪，裝渣時(shí)全機(jī)向前推進(jìn)，將受料盤插入渣堆，兩個(gè)蟹爪連續(xù)交錯(cuò)扒取石渣，經(jīng)皮帶（或鏈條）輸送機(jī)將石渣裝入車輛。優(yōu)點(diǎn)是多為電動(dòng)履帶式，也有輪胎式和軌道式，裝渣效率較高；缺點(diǎn)是受蟹爪扒渣限制，巖渣塊度較大時(shí)，其工作效率顯著降低；適用于塊度較小的巖渣和土的裝渣作業(yè)。（3）挖斗式裝渣機(jī)：這是近年來發(fā)展起來的較為先進(jìn)的隧道裝渣機(jī)。其扒渣機(jī)構(gòu)為自由臂式挖掘反鏟，其他同蟹爪式裝渣機(jī)。（4）鏟斗式裝渣機(jī)：多采用輪胎走行；也有采用履帶走行的。優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)彎半徑小、移動(dòng)靈活、鏟取力強(qiáng)、鏟斗容量大、卸渣準(zhǔn)確方便、裝渣效率高和適用性強(qiáng)；缺點(diǎn)是采用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，燃油廢氣污染洞內(nèi)空氣，需配備凈化器或加強(qiáng)通風(fēng)；適用于大斷面隧道施工開挖的裝渣作業(yè)。10.隧道施工過程中的監(jiān)控量測(cè)的目的是什么?通常要監(jiān)測(cè)哪些內(nèi)容？一、監(jiān)控量測(cè)的目的：（1）提供監(jiān)控設(shè)計(jì)的依據(jù)和信息：掌握圍巖力學(xué)形態(tài)的變化規(guī)律；掌握支護(hù)的工作狀態(tài)信息并及時(shí)反饋，指導(dǎo)施工作業(yè)。（2）預(yù)報(bào)及監(jiān)視險(xiǎn)情：作出工程預(yù)報(bào)，確定施工對(duì)策與措施；監(jiān)視險(xiǎn)情，以確保安全施工。（3）校核理論計(jì)算結(jié)果，完善工程類比法：為理論解析、數(shù)值分析提供計(jì)算數(shù)據(jù)與對(duì)比指標(biāo)；為工程類比提供參考依據(jù)；為隧道工程設(shè)計(jì)和施工積累經(jīng)驗(yàn)資料。二、監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容：根據(jù)圍巖條件、隧道工程規(guī)模、支護(hù)類型和施工方法等選擇監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目，可分為必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目。按量測(cè)方法可分為：①洞內(nèi)觀察與地質(zhì)素描；②周邊位移（收斂）；③拱頂下沉；④地表下沉；⑤圍巖內(nèi)部位移；⑥圍巖壓力及層間支護(hù)壓力；⑦錨桿軸力；⑧鋼支撐內(nèi)力及外力；⑨支護(hù)、襯砌內(nèi)力；⑩圍巖聲波測(cè)試；?爆破振動(dòng)測(cè)試；?地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。11.請(qǐng)查閱相關(guān)資料，了解國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展歷程，并簡(jiǎn)要談?wù)劧軜?gòu)機(jī)的施工要點(diǎn)，與礦山法施工相比有哪些優(yōu)勢(shì)？國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展，大體上可分為三個(gè)階段：起步階段（20世紀(jì)60年代-80年代）、平穩(wěn)發(fā)展階段（20世紀(jì)八十年代-2000年）、高速發(fā)展階段（新世紀(jì)至今）。盾構(gòu)機(jī)的施工要點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：（1）礦山法通過人工開采和爆破等方式的塊狀開挖，會(huì)暴露出大量裸露巖體，而盾構(gòu)機(jī)開挖，施工較為集中、連續(xù)，安全性更好。（2）礦山法開采會(huì)導(dǎo)致巖體的破碎和松散，甚至?xí)淖儙r體物理特性，使其固結(jié)能力減弱，而盾構(gòu)機(jī)由于本身的作用和支護(hù)體系的應(yīng)用，能夠相對(duì)穩(wěn)定地控制和支撐周圍巖體。（3）礦山法爆破易導(dǎo)致局部地區(qū)的應(yīng)力分布不均勻，容易造成巖體失穩(wěn)，特別是在承載能力較弱的巖層中，容易引起巖層破裂和塌陷；而盾構(gòu)機(jī)在開挖過程中，通過控制施工面和推進(jìn)速度等方式，可以較好地控制土壓力的分布。12.請(qǐng)查閱相關(guān)資料，分析在基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化改造、低碳轉(zhuǎn)型背景下，城市隧道施工應(yīng)注意哪些問題？城市基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能降碳迫在眉睫，數(shù)字化在推動(dòng)傳統(tǒng)基建綠色化轉(zhuǎn)型上有重要影響，其自身的節(jié)能降碳問題受到了廣泛關(guān)注，亟須發(fā)揮數(shù)字技術(shù)在節(jié)能降碳中的決定性作用，緩解傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)生態(tài)環(huán)境和氣候變化產(chǎn)生持續(xù)性的“鎖定效應(yīng)”。城市隧道施工應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）治理廢水對(duì)自然環(huán)境的影響：施工中產(chǎn)生的廢水，往往被油脂污染，而且又與混凝土接觸，所以呈強(qiáng)堿性，若不加控制，將污染河流和飲用水。必須將廢水收集，進(jìn)行除污和消毒處理，直至無害，才能排放到自然環(huán)境中。（2）解決棄碴破壞環(huán)境的問題：出碴過程中，若不加以統(tǒng)籌規(guī)劃，往往會(huì)出現(xiàn)亂棄廢碴的問題。治理上而言，必須根據(jù)地形、地貌條件，規(guī)劃棄碴場(chǎng)，并對(duì)隧道開采物實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，同時(shí)對(duì)棄渣物合理利用。（3）減少煙塵、有害氣體和噪音的影響：隧道施工時(shí)，洞內(nèi)大型機(jī)械常常排放有害物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生巨大噪音，嚴(yán)重污染環(huán)境。通常治理的方法，是增加通風(fēng)量、采用水幕降塵和增加排氣凈化器等；對(duì)噪音的治理，是在洞口設(shè)置隔音門，并定期保養(yǎng)機(jī)械，減少因機(jī)械故障產(chǎn)生的附加噪聲與震動(dòng)?？刂频乇沓两档挠绊懀洪_挖對(duì)地層產(chǎn)生擾動(dòng)，若引發(fā)地表不均勻沉降，將對(duì)周邊區(qū)域的管線、道路及建筑物產(chǎn)生不利作用，造成的損失不可估量。所以，必須進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和施工組織管理，減小地表變形對(duì)周邊環(huán)境的影響。13.請(qǐng)查閱相關(guān)資料，簡(jiǎn)述在當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)極不發(fā)達(dá)的情況下，我國(guó)人民是如何建成八達(dá)嶺隧道的？八達(dá)嶺隧道于1907年動(dòng)工，至1908年竣工，歷時(shí)18個(gè)月；為加快進(jìn)度，首次使用了礦山炸藥以鉆眼爆破法開挖，為了防止坍塌，施工時(shí)將開挖和襯砌穿插進(jìn)行，先砌邊墻后砌拱圈；為了縮短工期，在隧道中部山頂開鑿了豎井，從井底向隧道兩端挖；為了解決豎井過深引起的缺氧問題，又在井口設(shè)置通風(fēng)機(jī)，在隧道打通后又利用豎井建成通風(fēng)樓，作為隧道建成后運(yùn)營(yíng)期間排煙與通風(fēng)之用；考慮到養(yǎng)護(hù)維修工作的方便，還在隧道內(nèi)設(shè)避險(xiǎn)洞。這些設(shè)計(jì)理念，在當(dāng)時(shí)實(shí)屬難能可貴的創(chuàng)舉，至今仍被采用。修建京張鐵路的壯舉，徹底打破了當(dāng)時(shí)國(guó)際上所謂“中國(guó)不能獨(dú)立設(shè)計(jì)修筑艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路”的偏見，直到今天都還被傳為佳話。第七章思考題1.簡(jiǎn)訴隧道有限元法的分析步驟。隧道有限元的分析步驟一般如下：（1）確定各種計(jì)算參數(shù)。（2）確定各個(gè)施工階段中圍巖和結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格。（3）分階段計(jì)算釋放結(jié)點(diǎn)荷載和結(jié)構(gòu)自重等因素的等效結(jié)點(diǎn)荷載。（4）分階段計(jì)算圍巖和結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及位移。（5）疊加各施工階段的計(jì)算值，以得到圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)的最終應(yīng)力和位移。（6）根據(jù)各施工階段的應(yīng)力和位移以及最終的應(yīng)力和位移值，評(píng)估圍巖和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性。2.巖土材料的彈塑性本構(gòu)關(guān)系包含哪些部分？分析時(shí)常用哪些屈服準(zhǔn)則？每種準(zhǔn)則各自的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？一、巖土材料的彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系即本構(gòu)關(guān)系包括以下4個(gè)組成部分：（1）屈服條件和破壞條件，確定材料是否塑性屈服和破壞。（2）硬化定律，指明屈服條件由于塑性應(yīng)變而發(fā)生的變化。（3）流動(dòng)法則，確定塑性應(yīng)變的方向。（4）加載和卸載準(zhǔn)則，表明材料的工作狀態(tài)。二、常用的屈服準(zhǔn)則有：摩爾-庫侖屈服準(zhǔn)則，德魯克-普拉格屈服準(zhǔn)則，辛克維奇-潘迪屈服準(zhǔn)則等。每種準(zhǔn)則各自優(yōu)缺點(diǎn)如下：（1）摩爾-庫侖屈服準(zhǔn)則：優(yōu)點(diǎn)是不僅能反映巖土材料的拉伸與壓縮的屈服與破壞強(qiáng)度不同與對(duì)靜水壓力的敏感性，而且簡(jiǎn)單實(shí)用；缺點(diǎn)是不能反映中間主應(yīng)力σ２對(duì)屈服和破壞的影響及單純的靜水壓力可以引起巖土屈服的特性，而且屈服曲面有棱角，不便于塑性應(yīng)變?cè)隽康挠?jì)算，給數(shù)值計(jì)算帶來了困難。（2）德魯克-普拉格屈服準(zhǔn)則：優(yōu)點(diǎn)是可以避免摩爾-庫侖屈服準(zhǔn)則屈服曲面在棱角處引起的數(shù)值計(jì)算上的困難；缺點(diǎn)是該準(zhǔn)則對(duì)實(shí)際破壞條件逼近較差。（3）辛克維奇-潘迪屈服準(zhǔn)則：克服了摩爾-庫侖屈服準(zhǔn)則的棱邊和夾角，也考慮到了屈服與靜水壓力的非線性關(guān)系和中間主應(yīng)力σ２對(duì)強(qiáng)度的影響。3.請(qǐng)查閱相關(guān)資料，結(jié)合你平時(shí)所接觸到的軟件，談?wù)動(dòng)晌覈?guó)自主研發(fā)的有限元軟件的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。國(guó)產(chǎn)有限元軟件，典型的有北京理正、南京庫倫和同濟(jì)曙光等，下面簡(jiǎn)談這幾個(gè)軟件的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。（1）北京理正：適用于多塔大底盤整體筏板的地基承載力、沉降、內(nèi)力及配筋計(jì)算，也適用于地基處理、單體建筑物的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。特點(diǎn)是采用有限壓縮層的彈塑性地基模型，考慮上部結(jié)構(gòu)、地基、基礎(chǔ)共同作用下分析基礎(chǔ)的沉降、內(nèi)力及配筋使得計(jì)算結(jié)果更加合理，參與地基基礎(chǔ)分析的上部層數(shù)，用戶可以干預(yù);（2）南京庫倫：適用于巖土工程、結(jié)構(gòu)工程、地質(zhì)分析、土壤和水環(huán)境以及BIM數(shù)字化。特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了巖土勘察、地質(zhì)建模和巖土設(shè)計(jì)的流程化、一體化和信息化，大大提高了工作效率。（3）同濟(jì)曙光：適用于巖土與地下工程領(lǐng)域的有限元分析計(jì)算。特點(diǎn)是功能強(qiáng)大，主要功能包括有限元施工動(dòng)態(tài)模擬分析系統(tǒng)，可考慮施工過程的全量和增量反演分析系統(tǒng)，及盾構(gòu)、公路隧道等設(shè)計(jì)計(jì)算及配筋模塊。4.請(qǐng)思考一下，采用有限元軟件模擬隧道開挖過程時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)TBM全斷面掘進(jìn)技術(shù)施工開挖工序的模擬，如何在有限元軟件中考慮地應(yīng)力的影響。一、有限元模擬TBM開挖工序的方法：建立巖土體和隧道的三維實(shí)體模型→將三維實(shí)體劃分為網(wǎng)格，并生成注漿體和盾殼的網(wǎng)格→添加重力、掘進(jìn)壓力和邊界條件→激活自動(dòng)約束和自重，并按時(shí)間步驟模擬掘進(jìn)-支護(hù)的循環(huán)開挖工序。二、有限元法對(duì)地應(yīng)力研究有很大的幫助，依據(jù)實(shí)測(cè)的地應(yīng)力資料，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造、材料屬性和單元類型、網(wǎng)格劃分、邊界約束條件、反演檢驗(yàn)等要素，建立研究區(qū)域的地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算模型，相應(yīng)地就可以得出該區(qū)域的地應(yīng)力場(chǎng)分布情況。第八章思考題1.隧道施工技術(shù)準(zhǔn)備工作的內(nèi)容有哪些？（1）認(rèn)真調(diào)查研究地質(zhì)、水文勘察資料，自然、社會(huì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，熟悉、審查設(shè)計(jì)圖樣及有關(guān)設(shè)計(jì)資料，了解設(shè)計(jì)意圖，掌握總平面布置、各個(gè)單位工程和分項(xiàng)工程以及工程的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)，努力找出影響施工的各種主客觀因素，研究對(duì)策，防患于未然。（2）由專人負(fù)責(zé)交接控制測(cè)量的基樁資料，做好復(fù)測(cè)和核對(duì)工作，確定隧道洞口的中線和基樁標(biāo)高。（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)最新獲得的補(bǔ)充調(diào)查資料及時(shí)修改隧道的施工方法。（4）編制施工組織設(shè)計(jì)和制定施工方案并進(jìn)行有關(guān)施工補(bǔ)充設(shè)計(jì)；按照清單報(bào)價(jià)編制隧道施工預(yù)算。2.隧道工程施工特點(diǎn)是什么？隧道建設(shè)的環(huán)境決定了其不同于地面其他工程，具有其自身的特點(diǎn)，可概括如下：（1）隧道穿越的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變，制約了設(shè)計(jì)施工方法的實(shí)施。（2）隧道施工屬于地下作業(yè)，施工速度比較慢，工期也比較長(zhǎng)。（3）隧道施工的環(huán)境較差，交通運(yùn)輸不便。（4）隧道埋設(shè)于地下，是一種大型的隱避工程，一旦建成就難以更改，所以，除了必須審慎規(guī)劃和設(shè)計(jì)外，在施工過程中還要切實(shí)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，確保每一道工序都嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。（5）與橋梁和線路工程相比，隧道在洞內(nèi)施工，可以不受或少受晝夜更替、季節(jié)變換、氣候變化等自然條件的影響，可以長(zhǎng)年穩(wěn)定地安排施工。（6）縮短交通運(yùn)輸距離，保護(hù)自然環(huán)境。山嶺隧道的修建避免了盤山公路的長(zhǎng)時(shí)間迂回繞行，縮短了線路距離。3.各階段施工組織設(shè)計(jì)及內(nèi)容是什么?隧道建設(shè)過程中的施工組織設(shè)計(jì)，包括初步施工組織設(shè)計(jì)、指導(dǎo)性施工組織設(shè)計(jì)和實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)。（1）初步施工組織設(shè)計(jì)：主要內(nèi)容有①施工組織；②施工工期安排；③主要施工方法；④施工場(chǎng)地及棄渣場(chǎng)地；⑤主要機(jī)械設(shè)備及勞動(dòng)工日。主要設(shè)計(jì)圖表有①隧道施工方案圖；②隧道進(jìn)（出）口施工場(chǎng)地布置圖；③沿線筑路材料供應(yīng)示意圖；④隧道施工組織計(jì)劃及施工進(jìn)度圖，⑤隧道監(jiān)控量測(cè)實(shí)施斷面布置圖。（2）指導(dǎo)性施工組織設(shè)計(jì)：主要內(nèi)容有①隧道工程概況；②隧道現(xiàn)場(chǎng)的地形地質(zhì)和水文地質(zhì)勘探調(diào)查的資料；③指導(dǎo)性施工組織設(shè)計(jì)的編制依據(jù)及原則；④施工準(zhǔn)備及臨時(shí)設(shè)施；⑤任務(wù)劃分、工期及勞動(dòng)力組織；⑥機(jī)械配備情況；⑦主要施工方案與安排及特殊地段施工的措施；⑧施工通風(fēng)、防排水；⑨采用的新技術(shù)、新工藝；⑩建設(shè)方針目標(biāo)及技術(shù)保證措施和質(zhì)量保證體系等。主要設(shè)計(jì)圖表有①工班勞動(dòng)力組織；②隧道分進(jìn)度完成數(shù)量表；③隧道勞動(dòng)力及工日分年度需要量表；④隧道分年度材料需要量表；⑤隧道進(jìn)、出口場(chǎng)地平面布置圖；⑥隧道施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)度圖；⑦隧道鉆爆設(shè)計(jì)圖；⑧隧道施工通風(fēng)、防排水設(shè)計(jì)圖；⑨隧道施工進(jìn)、出口給水管線設(shè)計(jì)圖；⑩隧道進(jìn)、出口電力、通信線路設(shè)計(jì)圖。（3）實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)：與指導(dǎo)性施工組織設(shè)計(jì)相似，但更具體、更詳細(xì)，如果客觀情況與原計(jì)劃有出入時(shí)，不應(yīng)機(jī)械地執(zhí)行原計(jì)劃，而應(yīng)修訂和調(diào)整原計(jì)劃，實(shí)施動(dòng)態(tài)管理，其目的是經(jīng)濟(jì)、安全、保質(zhì)、保量、按期或提前完成施工任務(wù)。4.簡(jiǎn)述隧道施工組織的編制依據(jù)、原則與程序?一、編制依據(jù)：①勘察設(shè)計(jì)文件及變更設(shè)計(jì)文件；②施工承包合同書；③建設(shè)單位有關(guān)指標(biāo)、條約等；④有關(guān)施工會(huì)議精神或建設(shè)單位指示性施工組織設(shè)計(jì)方案及要求；⑤國(guó)家有關(guān)法律法規(guī)和行業(yè)規(guī)范規(guī)程等。二、編制原則：①嚴(yán)格履行簽訂的工程承包合同，保證按期或提前完成施工任務(wù)，交付通車運(yùn)營(yíng)使用；②遵守施工規(guī)范和操作規(guī)程，確保工程質(zhì)量及施工安全；③采有新技術(shù)、新工藝、新方法、新材料，不斷提高施工機(jī)械化和預(yù)制裝配化施工程度，合理配置資源，降低成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；④正確貫徹就地取材的原則，盡量利用當(dāng)?shù)刭Y源，降低工程成本，提高投資經(jīng)濟(jì)效益；⑤合理組織冬、雨期施工和建筑材料運(yùn)輸、貯備工作，增加全年施工工作日，并力求降低冬、雨期施工的附加費(fèi)用；⑥統(tǒng)籌布置施工現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)約施工用地，少占或不占農(nóng)田，確保施工安全，方便職工的生產(chǎn)和生活，同時(shí)注意水土保持和環(huán)境保護(hù)。三、編制程序：①隧道施工的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和技術(shù)交底；②全面分析研究勘察設(shè)計(jì)資料，擬定施工方案和施工方法；③編制施工平面圖、施工進(jìn)度圖；④按照施工定額計(jì)算人工工日、材料、機(jī)具的需要量，制定供應(yīng)計(jì)劃；⑤制定臨時(shí)工程、供水、供電、供熱供風(fēng)和工地運(yùn)輸組織計(jì)劃；⑥編制技術(shù)措施計(jì)劃、計(jì)算技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；⑦施工組織設(shè)計(jì)說明書。5.查閱FIDIC條款等資料，結(jié)合雅萬高鐵隧道簡(jiǎn)述海外隧道項(xiàng)目的施工組織設(shè)計(jì)要求與國(guó)內(nèi)規(guī)范的差異？海外的工程建設(shè)，項(xiàng)目所在國(guó)一般都規(guī)定了與建設(shè)工程有關(guān)的投資環(huán)境、建設(shè)管理程序、勞動(dòng)用工、環(huán)境保護(hù)、相關(guān)稅法等，都關(guān)系到建設(shè)項(xiàng)目的投資。就海外國(guó)家關(guān)于隧道建設(shè)方面的規(guī)范來說，與我國(guó)的差別很大。除對(duì)國(guó)外派遣勞務(wù)人員有比例限制外，環(huán)境保護(hù)相關(guān)條文對(duì)工程設(shè)計(jì)方案和施工組織也有較大的影響(如雅萬高鐵地處熱帶雨林，必須采取有效措施減少對(duì)熱帶雨林的影響及破壞)。在某些國(guó)家，土地及地面上的建筑物大部分為私人所有，這也給征地拆遷帶來困難。所以，在編制施工組織設(shè)計(jì)前，應(yīng)調(diào)查了解和熟悉項(xiàng)目所在國(guó)的相關(guān)法律法規(guī)，按比例派遣勞務(wù)人員和在當(dāng)?shù)毓陀檬┕と藛T，制定施工組織方案，通過比選和優(yōu)化，確定建設(shè)工期和施工進(jìn)度計(jì)劃。6.請(qǐng)查閱相關(guān)資料，并思考為解決涌水、變形落差問題，玉龍雪山隧道項(xiàng)目在施工組織設(shè)計(jì)上提出了什么樣的特殊措施進(jìn)行處理?玉龍雪山隧道項(xiàng)目受斷層破碎帶、高溫富水、高地應(yīng)力等高風(fēng)險(xiǎn)不良地質(zhì)影響，自隧道開工建設(shè)以來，先后發(fā)生多次突泥、涌水、溜坍。單個(gè)作業(yè)面最大涌水量3.7萬方，圍巖大變形段落長(zhǎng)7719米，最大單側(cè)變形2.3米，地質(zhì)情況及其艱難。最后通過優(yōu)化斷面、調(diào)整支護(hù)參數(shù)、采用雙層拱架、優(yōu)化工藝工法等措施，進(jìn)行大量的方案研究與探索實(shí)驗(yàn)，最終形成一套大變形控制技術(shù)措施，大大提升了施工安全性和進(jìn)度。第九章思考題1.隧道運(yùn)營(yíng)管理與養(yǎng)護(hù)的意義是什么？隧道營(yíng)運(yùn)管理：包括交通管理、管理設(shè)施與安全設(shè)施。隧道營(yíng)運(yùn)中的不安全因素，主要有兩個(gè)方面，即火災(zāi)和交通事故，以及由此產(chǎn)生的再生性災(zāi)害，通過交通法規(guī)和管理手段，能有效減少發(fā)生災(zāi)害的機(jī)會(huì)和危害程度。隧道營(yíng)運(yùn)養(yǎng)護(hù)：是指隧道結(jié)構(gòu)（主要指襯砌和洞門）的養(yǎng)護(hù)和附屬設(shè)施的養(yǎng)護(hù)，能有效維護(hù)結(jié)構(gòu)安全性和提高使用壽命，在現(xiàn)代隧道運(yùn)營(yíng)中愈來愈重要。2.簡(jiǎn)述隧道養(yǎng)護(hù)工作的范圍和內(nèi)容。一、養(yǎng)護(hù)工作范圍包括：洞身、洞門、路面和兩端路塹、防護(hù)措施、排水系統(tǒng)、洞口減光設(shè)施以及通風(fēng)、照明、標(biāo)志、標(biāo)線、監(jiān)控、消防、防凍、消聲等設(shè)施的檢查、保養(yǎng)、維修和加固。二、養(yǎng)護(hù)工作內(nèi)容包括：（1）檢查襯砌的變形和裂縫狀況，洞內(nèi)滲漏水狀況，及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性處治。（2）檢查路面、人行道并修理損壞部分。（3）檢查各種標(biāo)志、標(biāo)線及用白色反光材料涂刷部位，如有污染、缺損，及時(shí)清掃、修理、涂料、刷新。（4）檢查隧道附屬設(shè)施，維護(hù)并確保通風(fēng)、照明、通信、監(jiān)控、消防、消聲等設(shè)施處于完好狀態(tài)。（5）檢